永动机的研究历史其实也就是热力学的发展历史,正是由于各种永动机的碰壁才帮助科学家们确立了对热力学定律的信心,而在目前已知的研究领域中,尚未出现这两个定律的反例。(如果有人宣传无限能源的永动机,是真的可以用“你得了诺贝尔奖再说吧”反呛回去的,能够动摇热力学基本定律的研究,若有望成真必须是人类历史上最重要的科学成果之一。)
果壳DIY曾经在2011年成功搭建“瀑布永动机”,灵感来自荷兰画家埃舍尔在1621年创造的《瀑布》,这是一组以“不可能存在”为主题的系列画作中的一副。
认为不可能实现的永动机有两类,分别对应于热力学第一定律和第二定律。第一类永动机试图在不获取能源的前提下使体系持续向外界输出能量,这和热力学第一定律,也就是能量守恒定律相矛盾。第二类永动机试图从单一热源吸取热量使之变为有用功而不产生其他影响,这和热力学第二定律,也就是熵增定律相矛盾。
永动机的研究目的非常简明易懂,无限能源意味着一步跨入按需分配的共产主义世界【笑】。最早的时候研究者们希望能够无中生有产生可供利用的能量,于是诞生了第一类永动机的设想。后来他们意识到能量是不能被凭空制造出来的,于是将研究目标改为从无处不在的热源汲取热能转为机械功,这在实质上也相当于无限能源,但是进一步的失败也表明单一热源不能无条件转化为机械功,人类可以获取的能源始终受到热力学的限制。
这两类永动机被公认为不可能实现,但是既然有定律,就有着和定律擦边的方法,有些动力机具有部分“永动”的特征,它们能够在很长时间里输出能量或是保持运动,但这些能量并不是“免费”和“无限”的。
1.内置大量能源的“永动机”
既然不获取能源的话不可能持续输出能量,那么在体系内部存储足够的能量,在可用寿命期间保证足够的输出水平实际上也就可以了——这种方法的实例是各种核电池,它们的能量来源归根结底是内部的各种核同位素,虽然长远来看终有用尽的一日,但是可以做到数十年乃至上百年内提供可用的能源输出。
二十年不断电的核电池
考虑到地球上极大的氢储量,如果我们能够解决普通氢的可控核聚变问题,那么在相当程度上也等于是获取了无限能源的来源。离我们最近的核聚变“永动机”太阳,预计可以提供几十亿年的输出,对短短几千年的人类社会来说,某种程度上算是永动了。
2.不输出能量或者输出极小的“永动机”
这也是规避能量守恒定律的方法之一。各种行星的运动都可以看作此类,不输出能量,没有能量消耗,按照惯性定律就可以永远运动下去,但可惜这样的机器是没法作为动力机使用的。
3.从外界汲取能源的“永动机”
常用的动力机其实都是属于这一类,无论是蒸汽机,内燃机,还是燃气轮机,给它持续不断地提供燃料,理想情况下就能不断运动下去。我们的地球从太阳获取光热能,产生风,洋流和生物能,是这种“永动机”的最好例子。虽然失去了太阳的供能这一运动体系就不能维持下去,但这也是以亿年计的时间尺度而言的,人类不用担心地球上的风能和水能会用尽。
除了明显需要人为提供能量的动力机,还有一类动力机能够通过巧妙的设计从环境中获取隐藏的能量。卫星上的太阳能电池板,海洋中的潮汐发电机,看起来能够“无中生有”,其实都依赖环境中的光能和潮汐能。今天我们不会把能自动产生用之不竭能量的太阳能电池板加上一个电动马达视作永动机,但是在过去有很多名义上的“永动“设计和真正的永动机设计相提并论。科普作家别莱利曼在近一百年前写作的《趣味物理学》里谈到永动机的时候,就举了很多十八世纪到十九世纪间有趣发明的例子,这些例子包括利用金属、甘油的热胀冷缩的钟表,以及利用气压驱动水银柱升降供能的广场钟。这些动力机的能量来源于大气的温差变化和气压变化,根本上来源于太阳的光照。它们不需要特别供能和照顾,从能源提供的持续性和输出的时长而言, 属于名义上的“永动“。
以钟表业和精密机械工业见长的瑞士直到现在也还在生产这类钟表作为贵重礼品,比如利用室温细微变化时氯乙烷的热胀冷缩供能的积家Atoms空气钟,宣称能在1摄氏度温差下获得走时两天的动力,近乎永久地工作下去。由于大多数地方大气的温差变化和气压变化并不剧烈,为了让获得的微小能量能够抵消机械部件的摩擦和能耗,这些钟表需要精密机械领域最高水准的设计和加工。作为代价,和普通电子钟表相比生产它们的厂家很少,组装调试维护也都需要业内专家才能胜任。
虽然热力学定律目前看来没有推翻的前景,但人们对永动机不断的探索,也可以说是在定律的禁区之外对热力学认识不断深入,开辟无数条新道路的过程。现代热机的基本循环和热效率的提高都伴随着热力学的指引,虽然无限能源的永动机就像贤者之石一样从未获得,但就像炼金术孵化出了近代化学的基础一样,人们的努力最终在意想不到的地方结出了累累硕果。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。
在中国古代历史上,北魏冯太后是一个传奇的女性形象。她不仅是北魏的皇后,更是在详情
在中国古代历史上,北魏王朝是一个由鲜卑族建立的统一北方的政权。在这个王朝中,详情
在中国古代历史长河中,秦始皇无疑是一位极具传奇色彩的帝王。他统一六国,开创了详情
三国时期,是中国历史上一个充满战争与英雄的时代。在这个动荡的年代里,涌现出了详情
提到杭州西湖,人们自然会想到“西湖三杰”——岳飞、于谦和张苍水。他们是南宋、详情
唐玄宗李隆基,作为中国历史上著名的帝王之一,他的统治时期被誉为“开元盛世”。详情
武则天,作为中国历史上唯一的女皇帝,一直是一个颇具争议的历史人物。有关她是否详情
武媚娘,即武则天,是中国历史上唯一一位正式称帝的女性。在她的一生中,权力斗争详情
唐宋八大家是中国古代文学史上的一个特定概念,指的是唐宋两代的八位著名文人。然详情
在中国悠久的文化历史长河中,涌现出了无数杰出的文人墨客。他们以独特的才华和卓详情
耿弇,字伯昭,是东汉开国的重要将领之一,其军事才能出众,屡建战功,为东汉王朝详情
在辉煌的唐朝,政治体制日趋完善,其中谏官制度的设立是这一时代政治文明的重要体详情
北宋年间,一位女性在政治舞台上留下了深刻印记,她便是刘娥。作为宋仁宗的皇后,详情
在三国历史中,蜀汉作为一个重要的政权,其兴衰成败一直备受关注。然而,在蜀汉后详情
明朝初期,权力斗争是政治生活的常态。这一时期,朱元璋通过一系列的政治手段和军详情
三藩之乱是清朝初期一场规模庞大的叛乱,由明朝遗臣吴三桂、尚可喜和耿精忠领导。详情
在中国历史上,有许多杰出的人物因其卓越的成就而被后人传颂。其中,杜预是一位在详情
洪承畴降清后的命运沉浮洪承畴,明末清初著名政治军事人物,原为明朝将领,后在明详情
在中国古代历史中,宫廷政治往往充满了复杂的人际关系和权力斗争。在这样的背景下详情
在中国医学史上,有一部著作以其严谨的科学态度和卓越的医药价值蜚声中外,那就是详情
在中国古代战争中,盔甲是保护士兵的重要装备。然而,与其他国家的战士相比,秦国详情
在中国古典文学作品《水浒传》中,武松以其豪迈勇武的形象深入人心。尤其是他的酒详情
在中国古代历史上,长平之战是一场影响深远的军事冲突,它不仅改变了战国时期的国详情
在历史长河中,蒙古铁骑和八旗都是以勇猛善战而著称的军队。然而,谁才是更厉害的详情
野狼坡之战,是唐朝历史上一场具有重要意义的战役。这场战役不仅对唐朝的边疆安全详情
在历史的长河中,战争往往是国家之间力量对比、文化碰撞和利益争夺的直接体现。公详情
在中国的历史长河中,有一场战役以其激烈的战斗和深远的影响而闻名于世,那就是明详情
在中国的历史长河中,有许多重要的战役都以其独特的战术和深远的影响而被人们铭记详情
好水川之战是一场发生在1038年北宋与辽国之间的战役。这场战役发生在今天的四详情
浅水原之战是中国历史上著名的战役之一,发生在公元755年。这场战争是唐朝与安详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
雅克萨是一座位于俄罗斯远东地区的城市,曾经在19世纪末期成为了中俄两国之间的详情
在中国古代的神话传说中,姜子牙和鬼谷子都是极具智慧和能力的传奇人物。他们分别详情
一、背景介绍 秦始皇陵兵马俑是中国历史上最著名的考古发现之一,被誉为“世界详情
标题:秦始皇10大诡异事件 一、陵墓之谜 1. 兵马俑:秦始皇陵的兵马俑详情
虞姬,中国历史上著名的女性人物,她与项羽的爱情故事被后人传颂不衰。而刘邦,作详情
胤祥没有遭到雍正的清洗,但他在年轻时去世,这一点对于一些历史学家来说存在着一详情
满清十二帝内没有溥仪的画像,只有照片,是什么原因呢? 在满清十二帝中,没有详情
溥仪的文化水平不仅仅是初中程度,尽管他的户口本上写着“初中”,但这并不是他真详情
古人常说“不孝有三,无后为大”,而在皇权社会,皇帝不具备生育能力,可不仅仅是详情
息肌丸是什么东西?真的有这种药存在吗?息肌丸是一种有催情作用的美容香精,塞到详情
赵飞燕服用息肌丸保持美貌,息肌丸是什么东西呢?感兴趣的读者可以跟着趣历史小编详情
历史上绵亿是荣亲王永琪与侧福晋索绰罗氏所生育的王府中的第五子,但其他的孩子都详情
彼岸花,又称曼珠沙华,是一种充满神秘色彩的花卉。这种花通常盛开在秋季,其鲜红详情
在现代社会,我们依赖于各种产品来完成日常生活的各个方面。从智能手机到笔记本电详情
在我们的日常生活中,我们常常会忽视地球上的一些奇妙之处。然而,当我们从太空中详情
在生物多样性的广阔领域中,每一次新的物种发现都像是打开了一扇通向未知世界的窗详情
在这个世界上,有些物品的价值超越了我们的想象。它们不仅仅是物质的存在,更是艺详情
在世界的每一个角落,无论是热血沸腾的球场,还是电视机前的粉丝,都被一位女性棒详情
位于中国云南的九龙河瀑布群,被誉为“中国的尼亚加拉”,是中国最大的瀑布群。这详情
北仑河口,位于中国浙江省宁波市北仑区,是中国大陆海岸线的最南点。这里既有美丽详情
鸭绿江口,位于中国东北地区,是中国大陆海岸线的最北点。这里既有壮丽的山川河流详情
湖北省,位于中国中部,素有“千湖之省”的美誉。全省湖泊众多,水域面积占总面积详情
京九铁路,这条连接北京、上海、香港、澳门等9个省市的铁路干线,被誉为“中国跨详情
在中国古代,丹书铁券被视为一种至高无上的免死金牌,它代表着持有者可以免受一切详情
皮影戏,一种古老而独特的戏剧形式,它以精致的皮革制作人物和动物形象,借由幕后详情
《蔡文姬求情》是一段流传千古的动人故事,其原文充满了深情与哀婉,讲述了东汉末详情
在中国古代,护送重要物品的途中,防盗措施至关重要。以《水浒传》中的故事为例,详情
在中国古典文学中,武侠小说以其独特的文化韵味和丰富的想象力深受读者喜爱。在众详情
在中国的神话传说中,菩提祖师和如来都是佛教的重要人物。他们的身份和地位在佛教详情
在《西游记》这部古典名著中,沙僧是唐僧取经团队的重要成员之一。他曾在天庭担任详情
在金庸先生的武侠小说《天龙八部》中,人物众多,各有各的特色和能力。然而,如果详情
在中国古典小说《水浒传》中,梁山好汉们以其独特的个性和武艺闻名于世。其中,张详情
在中国古代文化中,“九天”与“九泉”是两个充满神秘色彩的概念,它们经常出现在详情
《红楼梦》作为中国古代四大名著之一,以其丰富的人物形象、错综复杂的故事情节和详情